1
KHUYẾT TẬT
TRONG CẤU TRÚC
CHƯƠNG 7
2
7.1 Khái niệm
•Cấu trúc tinh thể của vật liệu thường gồm một số rất lớn nguyên tử chứa trong
một thể tích nhỏ nên dễ xảy ra các sai lệch trong sự sắp xếp nguyên tử.
Ví dụ:Với Fe (Bcc), a = 2,87.10-8cm, n = 2, có 2/(2,87.10-8)3= 8,5.1022 ngtử/cm3
•Các sai lệch trong sắp xếp nguyên tử được gọi là các khuyết tật, mất trật tự, sai
lệch, sai hỏng, sai sót (defect) và có thể tồn tại ở các dạng:
Sai lệch ở các nguyên tử riêng lẽ gọi là khuyết tật điểm (Point defects)
Sai lệch ở các dãy nguyên tử gọi là khuyết tật đường (Linear defects)
Sai lệch ở các mặt nguyên tử gọi là khuyết tật mặt (Planar defects)
Sai lệch ở các cụm nguyên tử gọi là khuyết tật thể tích (Volume defects)
•Trong thực tế để sản xuất một vật liệu ở quy mô công nghiệp thường khó đạt
được độ tinh khiết 100%, vì vậy sản phẩm thường chứa tạp chất.
•Ngoài ra trong một vài trường hợp, để nhận được một tính chất nào đó của vật
liệu, người ta lại cố ý thêm vào các nguyên tử khác (thường gọi là phụ gia).
•Trong giáo trình này, người ta xem các nguyên tử lạ dù được thêm vào vô tình
hay cố ý đều tạo ra khuyết tật và được gọi là tạp chất
3
Ví dụ: Thêm Sn, Bi vào Pb để giảm nhiệt độ nóng chảy (làm vật liệu hàn).
•Các khuyết tật (sai lệch và tạp chất) đều ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu
Ví dụ: Độ dẫn điện của Si rất kém nhưng thêm một lượng nhỏ P để tạo bán dẫn
loại n thì độ dẫn điện sẽ tăng lên đáng kể.
7.2 Khuyết tật điểm
7.2.1 Tạo nút trống, nguyên tử xen kẽ (Vacancies, interstitials)
•Trong tinh thể, nguyên tử luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của mình.
•Khi một số nguyên tử có năng lượng đủ lớn, biên độ dao động lớn, sẽ bứt ra khỏi
vị trí cân bằng và để lại những nút trống.
•Sau khi rời khỏi vị trí cân bằng, các nguyên tử có thể xen kẽ giữa các nút mạng
(tạo nút trống và nguyên tử xen kẽ theo cơ chế sai hỏng Frenkel)
•Nguyên tử có thể di chuyển ra biên giới tinh thể và chỉ tạo ra các nút trống (tạo
nút trống theo cơ chế sai hỏng Schottky).
•Các nút trống và nguyên tử xen kẽ không đứng yên mà luôn trao đổi vị trí với
các nguyên tử bên cạnh theo các cơ chế khuếch tán trong chất rắn (khuếch tán
nhờ các ion xen kẽ di chuyển và nhờ sự trao đổi giữa các nút trống).
4
7.2.2 Tạp chất
•Các nguyên tử tạp chất có thể thay thế nguyên tử chính ở các nút mạng hoặc xen
kẽ giữa các nút mạng.
•Nói chung các lỗ trống, các nguyên tử xen kẽ, tạp chất đều làm mạng tinh thể bị
xô lệch tạo ra các khuyết tật điểm.
5